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抗氧化黑磷实现2微米掺铥/钬光纤激光器在环境条件下高度稳定的超快脉冲产生
摘要： 黑磷（BP）是2微米波段超快脉冲产生领域最具前景的饱和吸收材料之一。然而，黑磷易降解的特性严重限制了超快光纤激光器的长期运行，成为其实际应用的主要瓶颈。本文研究了一种改进的电化学剥离工艺，通过精确控制插层化学过程，制得高产率、均匀包覆四丁基铵（TBA）有机物的大尺寸抗氧化黑磷纳米片。基于该创新制备的黑磷饱和吸收体，我们演示了具有高时域稳定性和长期运行能力的Tm/Ho共掺光纤锁模激光器。实验证实该器件可实现信噪比达58 dB的自启动锁模运行，且长期稳定性保持至少三周，证明所采用的合成方法成功实现了钝化。这些结果充分表明，钝化黑磷是2微米波段超快光子学领域的高效候选材料，将推动黑磷及其他红外光子和光电器件的超快光学应用发展。
关键词： 锁模激光器、二维材料、光纤激光器、中红外、黑磷
更新于2025-09-12 10:27:22
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[2019年欧洲激光与光电子学会议暨欧洲量子电子学会议（CLEO/Europe-EQEC）- 德国慕尼黑（2019.6.23-2019.6.27）] 2019年欧洲激光与光电子学会议暨欧洲量子电子学会议（CLEO/Europe-EQEC）- 采用1610纳米光纤激光器带内泵浦的宽调谐Tm:CaF?激光器
摘要： 工作在1800-2000纳米波长区域的高亮度可调谐激光器，在光谱学、大气遥感和医疗手术等应用领域极具吸引力。迄今为止，掺杂Tm3?的晶体基质（如YLF和YAG）已被证明是最具潜力的增益材料之一[1,2]。在其他可用基质中，Tm:CaF?凭借多晶格结构具有高热导率和极宽的发射带，因此成为1750-2000纳米波段高功率宽带可调谐激光发射的理想候选材料。然而目前关于Tm:CaF?激光器的研究报道较少，这主要源于采用交叉弛豫过程时缺乏767纳米最佳吸收波长的强泵浦源[3]。相比之下，Tm掺杂材料的带内泵浦效率极高，其量子亏损可达85%[4,5]。本研究采用1610纳米光纤激光系统进行带内泵浦，成功实现了Tm:CaF?晶体在1775-1955纳米波段的可调谐激光发射。我们构建了以3%掺杂5毫米长Tm:CaF?晶体为核心的平凹线性谐振腔（图1）：平面输入镜M?在泵浦波长透射率98%，1850纳米附近高反；凹面输出镜M?在1850纳米透射率5-10%。通过布儒斯特角插入双折射片可实现波长选择。实验采用专为1610纳米发射设计的12米W种子激光二极管经两级光纤放大器构成的全光纤MOPA系统，前置放大级采用1620纳米中心波长的50纳米带通滤光片抑制1530-1560纳米ASE噪声，功率放大级基于915纳米泵浦的10米长铒镱共掺双包层光纤以增强长波段增益。该MOPA系统在晶体入射面实现超过2.5瓦衍射极限功率（0.5纳米线宽）。使用10%透射输出耦合器且无双折射片时，获得1.25瓦最大输出功率，对应吸收泵浦功率的70%转换效率。腔内泵浦光束腰径45微米，信号光束腰径约60微米。如图2所示，采用腔内双折射片和T?=5%输出耦合器时，激光调谐范围达180纳米。相比先前报道[3]，得益于1610纳米高亮度泵浦源实现了1800纳米以下更短波长输出。最高输出功率时测得激光光束质量因子M2为1.1。这些成果为未来带内泵浦锁模Tm:CaF?激光器的发展奠定了基础。
关键词： 光纤激光器，Tm:CaF2，可调谐激光器，带内泵浦，1610纳米
更新于2025-09-12 10:27:22
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[2019年德国慕尼黑国际激光与光电会议暨欧洲量子电子学会议（CLEO/Europe-EQEC）] 2019年欧洲激光与光电会议暨欧洲量子电子学会议（CLEO/Europe-EQEC）——泵浦功率噪声对高功率光纤激光系统模式不稳定性的影响
摘要： 横向模式不稳定性（TMI）仍是限制光纤激光器与放大器实现高光束质量下平均功率进一步提升的最主要因素。要发生模式能量转移，光纤中热致折射率光栅与模式干涉图样之间必须存在相位差。先前实验与理论研究表明，这种相位差可由泵浦功率变化引发。因此研究泵浦功率噪声对TMI阈值的影响至关重要——该噪声可能成为触发TMI的主要诱因。为实验验证这一现象，我们通过任意波形发生器将带宽2kHz的白噪声输入泵浦二极管驱动器。连接的激光二极管从反向方向泵浦一根芯径约65μm、长1.1米的大间距光纤（LPF）。根据文献[5]方法测得自由运转系统的TMI阈值为256W。选择该白噪声频段是因发现仅低于2kHz的频率分量对该系统TMI阈值有显著影响。通过调节生成泵浦噪声的幅度并利用光电二极管检测泵浦光束部分反射光来测量噪声，以相对强度噪声（RIN）作为泵浦噪声幅度的量化指标——通过积分测量噪声轨迹的功率谱密度计算得出。随后依据文献[5]方法测定不同RIN值（即泵浦噪声幅度）对应的TMI阈值，结果如图1所示?？杉毕低吵跏糡MI阈值为256W（无人工噪声，RIN=0.209%，接近实测暗噪声值）时，随着泵浦噪声幅度持续增大，该阈值可降低近三分之二至89W（RIN=2.927%）。实验证实泵浦功率噪声显著影响光纤激光系统TMI阈值，很可能就是触发TMI的主因。如图1所示TMI阈值随泵浦功率噪声（RIN）增加呈非线性下降的现象，可通过能量转移强度随平均功率增长的非线性关系解释。该关联机制及当前关于种子光功率噪声的研究也将在会议中探讨。实验表明：开发低噪声泵浦源与驱动器可提升光纤激光器与放大器的TMI阈值，从而有望实现高光束质量系统的进一步平均功率扩展。
关键词： 横向模式不稳定性、泵浦功率噪声、光纤激光器、TMI、RIN
更新于2025-09-12 10:27:22
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双环光纤激光器中锁模演化机制的实验探索
摘要： 我们通过实验探究了双环光纤激光器的锁模（ML）演化机制。当总泵浦功率增至860 mW时，观测到从单环锁模、双环锁模到双环自启动锁模的状态转变。此外，在每个子环中配置了一组波片和固定偏振分束器作为精密衰减器。通过旋转每个波片一整圈，基于各子环腔内功率变化研究了双子环的锁模演化过程。分析发现各子环输出功率的变化周期性与理论结果相符。进一步估算了各子环的锁模分离阈值以解释锁模演化现象。本研究深化了对双环光纤激光器锁模演化的理解，可为未来双梳应用中的优化设计提供参考。
关键词： 光纤激光器、锁模演化、级联非线性过程、锁模激光器、超快机制
更新于2025-09-12 10:27:22
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采用连续波（CW）1070纳米光纤激光器（毫秒级脉宽）在单晶硅、磷化铟和锑化铟中钻制微孔
摘要： 研究人员采用IPG激光公司YLR-2000型连续波2千瓦镱光纤激光器（波长1070nm）和JK400型400瓦光纤激光器（波长1070nm），以毫秒级脉冲时长研究了Si、InP和InSb半导体晶圆上"通孔"（又称过孔）的激光微钻孔工艺。针对室温带隙Eg较窄（InSb Eg 0.17 eV）和较宽（InP Eg 1.35 eV）的半导体基底（相对于1.1 eV光子能量），验证了该激光波长及简易脉冲方案的适用性。通过光学显微镜和截面分析量化了所有晶圆的孔径尺寸与重铸材料分布，并针对硅晶圆(100)和(111)单晶表面取向检测了微裂纹情况。研究发现热扩散率不足以预测所研究Si、InP和InSb单晶半导体的相对孔径大小。对硅的详细观测表明：在表面熔化阈值能量与从前表面钻透至后表面的辐照度之间，存在一个会导致孔周产生微裂纹的辐照度范围。针对(100)和(111)取向研究了这些微裂纹的方向性与长度，并探讨了可能的形成机制（包括适用于金属焊接的格里菲斯微裂纹准则和疲劳失效机制）。当辐照度超过通孔形成阈值后，硅中几乎未观察到裂纹。后续工作将对比其他窄/宽带隙半导体晶圆基底的类似观测结果。本研究展示了该激光微钻孔工艺的一项应用实例：利用半导体光刻技术图案化后，在硅基原子芯片中心精确定位制备通孔，其终端应用是为便携式量子传感提供铷(87Rb)磁光俘获冷原子源。
关键词： 微裂纹，磷化铟，硅，格里菲斯准则，脉冲，原子芯片，镱光纤激光器，半导体材料，光纤激光器，半导体晶圆，激光钻孔，硅，磁光阱，MOT，通孔，激光微钻孔，冷原子，锑化铟，穿通孔
更新于2025-09-12 10:27:22
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通过定制长程孤子相互作用在光纤激光器中形成光学超分子结构
摘要： 通过弱长程相互作用实现基本单元的自组装，在超分子DNA组装与纳米结构自下而上合成中均起核心作用。光学孤子（在诸多方面与粒子相似）源于非线性与色散的平衡，已在众多光学系统中被研究。尽管光学孤子间的短程与长程相互作用数十年来备受关注，但由于缺乏增强和控制孤子间长程力的技术，具有多重复杂性与灵活性的稳定孤子超分子迄今未能实现实验观测。本文报道：源自光声效应与色散波辐射的长程孤子相互作用可在光纤激光腔中精确调控，从而实现大量光学孤子自组装为高度有序的超分子结构。我们展示了此类光学结构的若干特性，凸显其在光信息存储与超快激光场操控中的潜在应用。
关键词： 超分子结构、光纤激光器、光声效应、光学孤子、长程相互作用
更新于2025-09-12 10:27:22
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基于二氧化钛的皮秒脉冲光纤激光器在1.5微米波段的性能比较
摘要： 我们展示并比较了基于二氧化钛可饱和吸收体（SAs）的皮秒脉冲光纤激光器——在1.5微米波段分别采用20厘米长的掺二氧化钛光纤（TiO2DF）和二氧化钛聚乙烯醇薄膜（TiO2PF）。该激光腔使用2.4米长的掺铒光纤（EDF）作为增益介质。当引入二氧化钛基SAs时，系统稳定产生了自启动脉冲激光器，其重复频率恒定在约1 MHz。TiO2DF SA在106-142 mW泵浦功率范围内，于1553 nm中心波长处输出9.74 ps脉冲激光，相比薄膜SA具有略高的斜率效率（13.17%）和最大脉冲能量（8.56 nJ）。另一方面，TiO2PF SA在86-142 mW泵浦功率范围内，于1560 nm工作波长产生稳定的3.89 ps脉冲激光。该薄膜SA在最大泵浦功率时还表现出稍高的最大输出功率（12.17 mW）和最大峰值功率（3.43 kW）。结果表明，这两种二氧化钛SAs均可作为1.5微米波段的优质脉冲调制器替代方案。
关键词： 二氧化钛，光纤可饱和吸收体，光纤激光器，薄膜
更新于2025-09-12 10:27:22
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三氧化二钐（Sm?O?）薄膜作为被动调Q掺铥光纤激光器的可饱和吸收体
摘要： 我们展示了一种采用氧化钐（Sm2O3）纳米材料作为可饱和吸收体（SA）的被动调Q掺铥光纤激光器（TDFL）。该Sm2O3基SA通过简单混合Sm2O3粉末溶液与聚乙烯醇（PVA）溶液制备而成，均匀混合溶液经铺展干燥后形成薄膜。将1毫米×1毫米的SA薄膜夹在两个光纤插芯之间并集成到TDFL环形腔中以实现脉冲输出。通过调控腔内损耗与增益，实现了稳定的调Q运转。当泵浦功率从619毫瓦调节至784毫瓦时，重复频率可在17.62千赫兹至29.20千赫兹范围内调谐。在最高泵浦功率下获得了3.54微秒的最小脉宽和0.20微焦的最高单脉冲能量。
关键词： 光纤激光器、可饱和吸收体、调Q
更新于2025-09-12 10:27:22
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反常色散腔光纤激光器中的双波长耗散孤子
摘要： 我们报道了具有净反常腔色散的光纤激光器双波长耗散孤子运行的实验观测结果。与通过锁?；破舳伦有纬傻墓庀思す馄魉?多波长孤子运行不同，本光纤激光器中未发生锁模现象。其孤子形成是通过有效增益带宽限制引发的耗散机制实现的。实验中分别获得了双波长标量孤子、矢量孤子及诱导耗散孤子，并证实了它们的稳定性。
关键词： 光纤激光器、脉冲传播与时间孤子、非线性光纤光学
更新于2025-09-12 10:27:22
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纤维激光焊接Hastelloy C-276薄板的元素微观偏析特性
摘要： 研究了镱光纤激光焊接哈氏合金C-276薄板焊缝区内的元素微观偏析特征。通过EDS数据确定的元素偏析比和平衡分配系数分析表明，与先前报道的激光焊接哈氏合金C-276文献相比，元素微观偏析程度降低。镱光纤激光的高熔化效率、线热输入量的减少以及糊状区的高冷却速率导致了微观偏析的降低。镱光纤激光焊接哈氏合金C-276的熔化效率为64%，高于传统焊接方法（48%）。高熔化效率导致焊接所需的线热输入减少。因此，在本研究中，与先前报道的文献相比，线热输入显著降低。焊缝中心线从液相线温度到固相线温度的冷却速率达到103°C/s量级。在焊缝中心线形成了构成较低微观偏析的胞状树枝晶亚结构。
关键词： 激光焊接，哈氏合金C-276，光纤激光器，微观偏析
更新于2025-09-12 10:27:22